Класс конструкционных полимерных материалов
полиуретаны относится к синтетическим эластомерам, макромолекула которых содержит уретановую группу —N(R)—C(O)O—. При этом полиуретаны могут содержать в себе простые и сложные полиэфирные, мочевинные и амидные, а также некоторые другие функциональные группы. Собственно, то, какие именно группы содержит данный полиуретан, и определяет диапазон его физико-механических характеристик, и диапазон этот весьма и весьма широк: достаточно сказать, что в современных условиях полиуретанами заменяют материалы от мягких силиконов и резин, до твердых пластиков и зачастую даже металлов. Как правило такие замены происходят при работе детали либо изделия в агрессивных средах и условиях больших знакопеременных перепадах нагрузок и температур, силовых и абразивных нагрузок. Исходя из того, что материал имеет различные свойства, сфера применения полиуретана очень широка. В сущности единственным ограничением на повсеместное применение полиуретана является ограничение верхней границы температуры: полиуретан работает при температурах до +80, кратковременно при температурах до +100, нижняя граница -60. Так широкое применение полиуретан нашел в нефтегазовой, горнорудной, горно-обогатительной промышленности, строительстве, машиностроении и автомобилестроении. Какие же свойства имеет материал, и почему отрасль растет на 15% в год? Основные свойства полиуретана:
- Высокая устойчивость к абразивным нагрузкам. Так, при замене металлических деталей на полиуретановые, полиуретановые изделия часто показывают более высокий срок службы. Ну и тем более устойчивость к такого рода нагрузкам у полиуретанов выше, чем у резины и пластика. При замене же металлических деталей на полиуретановые возникает и еще один интересный эффект: снижение веса машины, аппарата, за счет меньшей удельной плотности материала.
- Высокая прочность на разрыв, сопротивление раздиру до 110 кгс/см.
- Широкий спектр твердостей (от 45 единиц по Шору А до 80 единиц по Шору Д).
- Высокая эластичность и упругость материала в широком диапазоне твердостей.
- Низкая остаточная деформация.
- Полиуретаны устойчивы к влаге, в отличие от резины не подвержены т.н. озоновому старению; в полиуретанах не заводятся микроорганизмы, грибки. Полиуретаны обладают химической стойкостью к маслам, бензину, растворителям (кроме хлористого метилена).
- Высокая адгезия к большинству конструкционных материалов. В принципе, часто металл можно просто обезжирить и заливать полиуретаном: прочное соединение получится даже без использования клеев.
Основным преимуществом
использования полиуретана по сравнению с резиной является его более высокая стойкость к абразивным нагрузкам. Также немаловажным фактором является неподверженность полиуретана озоновому старению. В отличие от резины полиуретан обрабатывается практически любым механическим способом, в то время как проточить резину на том же токарном станке не всегда представляется возможным (полиуретановые заготовки различной твердости можно
приобрести в виде стержней или листов). К полиуретанам нет налипания сыпучих сред. И последнее, но очень важное: прочность соединения полиуретан-металл почти со 100% вероятностью будет выше, чем соединение металл-резина. Недостатком полиуретана является цена: как правило, она выше, чем аналогов из резины. Однако это касается только массового производства: за счет того, что изделия из полиуретана изготавливаются методом свободного литья и, часто, в открытые формы, единичные изделия скорее всего будут дешевле. Для массовых же деталей не стоит забывать, что помимо стоимости приобретения, или стоимости покупки, есть стоимость владения: помимо того, что полиуретановые детали служат дольше, и их надо покупать меньше, существует еще фактор простоя на замену резиновых частей, и время простоя тоже надо считать: возможно, поставить дорогую комплектующую из полиуретана окажется дешевле, чем оплачивать ремонт или замену резины плюс нести убытки во время простоя оборудования. По сравнению с металлами и пластиками у полиуретана ниже вес за счет более низкой удельной плотности (с пластиками не всегда), большая стойкость к абразивному износу, меньший системный шум работающего механизма, низкая стоимость подготовки производства изделия (пластики льются под давлением, формы под литье пластиков значительно дороже, со стоимостью литья металлов даже сравнивать смешно исходя из хотя бы затрат на достижение необходимой для литья температуры). И напоследок немного статистики: от всей полимерной промышленности в мире полиуретаны занимают 7%; устойчивый годовой рост рынка полиуретанов в мире 10-15% в год; годовой потребление ПУ в странах СНГ около 350 тыс. тонн. Цифры говорят сами за себя.
Класс конструкционных полимерных материалов полиуретаны относится к синтетическим эластомерам, макромолекула которых содержит уретановую группу —N(R)—C(O)O—. При этом полиуретаны могут содержать в себе простые и сложные полиэфирные, мочевинные и амидные, а также некоторые другие функциональные группы. Собственно, то, какие именно группы содержит данный полиуретан, и определяет диапазон его физико-механических характеристик, и диапазон этот весьма и весьма широк: достаточно сказать, что в современных условиях полиуретанами заменяют материалы от мягких силиконов и резин, до твердых пластиков и зачастую даже металлов. Как правило такие замены происходят при работе детали либо изделия в агрессивных средах и условиях больших знакопеременных перепадах нагрузок и температур, силовых и абразивных нагрузок. Исходя из того, что материал имеет различные свойства, сфера применения полиуретана очень широка. В сущности единственным ограничением на повсеместное применение полиуретана является ограничение верхней границы температуры: полиуретан работает при температурах до +80, кратковременно при температурах до +100, нижняя граница -60. Так широкое применение полиуретан нашел в нефтегазовой, горнорудной, горно-обогатительной промышленности, строительстве, машиностроении и автомобилестроении. Какие же свойства имеет материал, и почему отрасль растет на 15% в год? Основные свойства полиуретана: